Wat is computationele elektromagnetica?
Computationele elektromagnetica, die ook vaak elektromagnetische modellering of computationele elektrodynamica wordt genoemd, is een veld van de fysica waarmee wetenschappers het gedrag van elektromagnetische golven kunnen voorspellen en beschrijven wanneer ze in contact komen met fysieke objecten. Wetenschappers kunnen computationele elektromagnetica gebruiken bij het bestuderen van elke elektromagnetische golf, hoewel deze meestal wordt gebruikt bij de studie van radiogolven of magnetrons. In deze gevallen wordt elektromagnetische theorie vaak gebruikt om wetenschappers te helpen betere antennes en communicatieapparatuur te ontwikkelen. Om deze complexe vergelijkingen te kunnen modelleren, hebben wetenschappers krachtige computers nodig.
Wetenschappers die werken in computationele elektrodynamica vertrouwen op een reeks vergelijkingen die bekend staan als de vergelijkingen van Maxwell. Deze vergelijkingen worden gebruikt om het gedrag van elektrische en magnetische velden te beschrijven, die worden beïnvloed door zowel grote als kleine objecten. Bepaalde vergelijkingen van Maxwell zijn geschikt bij het bestuderen van de effecten van atomaire deeltjes op elektromagnetische velden, terwijl andere nauwkeuriger beschrijven hoe deze velden worden beïnvloed door macroscopische objecten. Beide reeksen vergelijkingen houden rekening met de elektromagnetische velden die worden uitgezonden door deze andere objecten en beschrijven wat er gebeurt wanneer deze verschillende reeksen elektromagnetische velden op elkaar inwerken.
De vergelijkingen die worden gebruikt in computationele elektromagnetica zijn uiterst complex. Ze houden rekening met een aantal verschillende velden en voorspellen het gedrag van deze velden over een bepaald gebied in de ruimte. De complexiteit van de wiskunde vereist het gebruik van computers die veel verschillende berekeningen kunnen uitvoeren en informatie daaruit kunnen extrapoleren. De interactie van elektromagnetische velden kan wiskundig en visueel worden weergegeven, zodat het gedrag van deze velden gemakkelijk kan worden gezien en begrepen.
In de studie van radio en magnetrons zijn er een aantal praktische toepassingen voor computationele elektromagnetica. Een beter begrip van dit veld heeft geleid tot verbeteringen in de communicatie en tot de oprichting van antennes die gegevens betrouwbaarder kunnen verzenden en ontvangen. Vooral het gebied van cellulaire technologie heeft veel profijt gehad van een meer grondige kennis van dit veld en van de toegenomen computerkracht om interacties van elektromagnetische velden over een groter gebied te berekenen.
Hoewel het gedrag van een elektromagnetisch veld niet goed georganiseerd is, modelleren computational electromagnetics wetenschappers deze velden voor de eenvoud vaak symmetrisch. Voor veel toepassingen is het praktischer om deze velden te beschouwen als algemeenheden die kunnen worden gemodelleerd als eenvoudige twee- of driedimensionale objecten, zoals cirkels of bollen. Het is mogelijk om nauwkeurigere modellen van elektromagnetische velden te maken als ze nodig zijn voor verschillende toepassingen.